4.永动机不可能制成

第一类永动机:不消耗任何能量,却可以源源不断地对外做功.这种永动机违背能量守恒定律,是不可能制造成的.

第二类永动机:只从单一热源吸收热量,全部用来做功,而没有冷凝.这类永动机虽然不违反能量守恒定律,但与热力学第二定律却是矛盾的,这类永动机也是不可能制造成的.

●典例剖析

[例1]图8-1-2中关于布朗运动的实验,下列说法正确的是

图8-1-2

A.图中记录的是分子无规则运动的情况

B.图中记录的是微粒做布朗运动的轨迹

C.实验中可以看到,微粒越大,布朗运动越明显

D.实验中可以看到,温度越高,布朗运动越剧烈

[解析]图中记录的是每隔若干时间(如30 s)微粒位置的连线,而这段时间内微粒的运动情况却不得而知.虽然图示所反映的不是微粒的轨迹,但却可看出其运动的无规则性.

做布朗运动的微粒都很小,一般为10-6 m左右.微粒做布朗运动的根本原因是:各个方向的液体分子对它的碰撞不平衡.因此,只有微粒越小、温度越高时布朗运动才越剧烈.故选D.

[说明] 针对课本中演示实验的考查在往年的高考中经常出现,做好这类题目的关键是:搞清原理、认真观察,在可能的情况下亲自动手做一做.

[设计意图] 布朗运动是说明分子运动规律的重要宏观现象,通过本例加深学生对布朗运动的认识.

[例2]已知水的密度ρ=1.0×103 kg/m3,水的摩尔质量Mmol=1.8×10-2 kg/mol,求:

(1)1 cm3的水中有多少个水分子.

(2)估算一个水分子的线度多大.

[解析] 水的摩尔体积

Vmol== m3/mol

=1.8×10-5 m3/mol

(1)1 cm3水中的水分子数

n=/cm3=3.3×1022/cm3

(2)建立水分子的球模型,有

πd3=

水分子直径

d== m=3.9×10-10 m

建立水分子的立方体模型,有

d3=

水分子直径

d= m=3.1×10-10 m.

[说明] 不论把分子看做球体,还是看做立方体,都只是一种简化的模型,是一种近似处理的方法.由于建立的模型不同,得出的结果稍有不同,但数量级都是10-10 m .一般在估算固体或液体分子线度或分子间距离时采用球模型,在估算气体分子间的距离时采用立方体模型.

[设计意图] 阿伏加德罗常数是联系宏观量和微观量的重要常数,涉及阿伏加德罗常数的计算也是高考常考的内容.通过本例说明以阿伏加德罗常数为桥梁,由宏观量求微观量或由微观量求宏观量的方法.

※[例3]如图8-1-3所示,在质量为M的细玻璃管中盛有少量乙醚液体,用质量为m的软木塞将管口封闭.加热玻璃管使软木塞在乙醚蒸气的压力下水平飞出,玻璃管悬于长为l的轻杆上,细杆可绕上端O轴无摩擦转动.欲使玻璃管在竖直平面内做圆周运动,在忽略热量损失的条件下,乙醚最少要消耗多少内能?

图8-1-3

[解析] 加热玻璃管的过程中乙醚内能增大,由液态变成气态.管内压强增大将软木塞顶开,乙醚内能减少,玻璃管和软木塞机械能增大.根据动量守恒定律和能量守恒定律即可求出乙醚内能的改变量.

设软木塞水平飞出时M和m的速率分别为v1和v2,由动量守恒定律得:

      mv2=Mv1=0                                   ①

细玻璃管恰能越过最高点的条件是速度为零,由机械能守恒定律得:

                                 ②

由能量守恒定律知,管塞分离时二者动能之和等于乙醚消耗的内能E内,即:

      E内=                        ③

联立①②③式可得E内=2Mgl().

[说明] 能量守恒定律贯穿于整个物理学的始终,从能量的角度分析和求解问题是一条重要的途径.在利用能量守恒定律列方程时,一定要分析清有几种形式的能量,它们是如何实现转化和转移的,哪种形式的能量增加,哪种形式的能量减少.这些都清楚了,然后列式运算才会少出错误.

[设计意图] 通过本例说明综合利用有关规律分析解决力、热综合问题的思路方法.

●反馈练习

★夯实基础

 0  269174  269182  269188  269192  269198  269200  269204  269210  269212  269218  269224  269228  269230  269234  269240  269242  269248  269252  269254  269258  269260  269264  269266  269268  269269  269270  269272  269273  269274  269276  269278  269282  269284  269288  269290  269294  269300  269302  269308  269312  269314  269318  269324  269330  269332  269338  269342  269344  269350  269354  269360  269368  447090 

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